Композиция на основе сложных оксидов циркония, фосфора и кальция для получения покрытия


 


Владельцы патента RU 2502667:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (RU)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Состав для получения тонкой пленки сложных оксидов циркония, фосфора и кальция содержит этиловый спирт, предварительно перегнанный и осушенный до 96 мас.%, оксохлорид циркония, хлорид кальция и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксохлорид циркония - 4,7-6,8

Хлорид кальция - 2,6-4,4

Ортофосфорная кислота - 0,5

Этиловый спирт - остальное.

Предложенное изобретение позволяет получить тонкие пленки, обладающие высокими показателями преломления. 3 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения тонкопленочных материалов на основе системы сложных оксидных систем, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, строительной индустрии, в том числе в технологиях интегральных схем; в качестве коррозионно-стойких, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.

Известен состав для получения пленки диоксида циркония (заявка на изобретение №93014629/33, 6 C04B 41/65, C04B 35/48, публ. 1995.06.09), используемый для нанесения покрытий на стекло. Состав для получения пленки диоксида циркония включает кристаллогидрат оксохлорида циркония и содержит 0,1…1 мас.% нитрата кобальта. Изобретение позволяет снизить энергопотребление и повысить производительность процесса нанесения покрытия на основу при толщине покрытия свыше 100 нм.

К недостаткам известного состава следует отнести нестабильность свойств, предлагаемых пленок с течением времени, что обусловлено структурными превращениями полиморфных модификаций диоксида циркония.

Известен состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и цинка (Патент РФ 2411187, опубл. 10.02.2011, C01G 25/02), который включает приготовление пленкообразующего раствора, содержащего этиловый спирт, предварительно перегнанный и осушенный до 96 масс %, и кристаллогидрат оксохлорида циркония с последующим нанесением методом центрифугирования данного раствора на подложку и ступенчатую термообработку при следующем соотношении компонентов, масс %: оксохлорид циркония - 4,0-8,6, нитрат цинка - 3,8-7,6, этиловый спирт - остальное.

К недостаткам известного состава следует отнести невысокую адгезию материала пленки к подложкам.

В качестве прототипа выбрана статья (Л.П. Борило, Т.С. Петровская, Е.С. Лютова, Л.Н. Спивакова «Синтез и физико-химические свойства тонкопленочных и дисперсных функциональных силикофосфатных материалов» // Известия Томского политехнического университета. Химия. 2011. - Т.319. №3. С.41-47.), в которой известен способ получения тонкопленочной и дисперсной композиции на основе сложных оксидов SiO2-P2O5-CaO. Для получения тонкопленочных оксидных материалов использовали пленкообразующие растворы (ПОР), которые готовили на основе 96% этилового спирта, тетроэтоксисилана, ортофосфорной кислоты, хлорида кальция заданного состава. Покрытия получали на подложках из кремния методом центрифугирования, формирование пленок проводили в два этапа: на воздухе в сушильном шкафу при температуре 60°C и в муфельной печи при температуре 600°C. Полученные пленки имеют значения показателя преломления от 1,41 до 1,45. Недостатком прототипа является низкие значения показателя преломления.

Задачей заявляемого изобретения является разработка композиции на основе циркония, фосфора и кальция, обеспечивающего стабильность структуры, физико-химических и целевых свойств в широком диапазоне концентраций, а также достижения высоких значений показателя преломления при использовании их в качестве перераспределяющих излучение покрытий.

Поставленная задача решается тем, что получение композиции на основе сложных оксидов по золь-гель технологии включает приготовление раствора из пленкообразующего компонента и этилового спирта в присутствии неорганических кислот и их солей, обеспечивающие процессы гидролиза и поликонденсации в растворе, при последующим нанесением которых на поверхность подложки методом центрифугирования и проведением ступенчатой термообработки образуется оксидное покрытие, но в отличие от прототипа в качестве пленкообразующего вещества использовали оксохлорид циркония, в качестве добавки - фосфорную кислоту и хлорид кальция при следующем соотношении компонентов, масс %:

Оксохлорид циркония - 4,7-6,8

Хлорид кальция - 2,6-4,4

Орфосфорная кислота - 0,5

Этиловый спирт - остальное

Для получения тонких пленок на основе системы сложных оксидов циркония, фосфора и кальция готовят пленкообразующий раствор, используя в качестве растворителя этиловый спирт 96 масс %, предварительно перегнанный, и добавляют оксохлорид циркония в виде кристаллогидрата ZrOCl2·8SH2O. При комнатной температуре ZrOCl2·SH2O и CaCl2 растворяются отдельно в этиловом спирте при периодическом перемешивании в течение 1-3 часов в зависимости от концентрации оксохлорида циркония. Затем растворы сливаются и добавляют фосфорную кислоту. После созревания пленкообразующего раствора в течение 1-2 суток, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония, его наносят методом центрифугирования на центрифуге MPW-340 со скоростью 3000-5000 об/мин на положки из кремния, затем осуществляют ступенчатую термическую обработку до формирования оксидов в тонкой пленке.

Наиболее приемлемой температурой для хранения ПОР следует считать температуру в пределах 22-25°C, в течение 6-8 месяцев, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония.

Для приготовления растворов используют посуду второго класса точности.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1.

Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 6,8 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 40 мл 96 масс % этилового спирта, затем взять 2,6 г хлорида кальция растворить его в 40 мл 96 масс % этилового спирта, затем растворы слить, добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°C в течение 20 мин и при температурах 800°C в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава ZrO2-P2O5-CaO с показателем преломления 1,9 и толщиной 75 нм.

Пример 2.

Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 5,5 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 40 мл 96 масс % этилового спирта, затем взять 3,2 г хлорида кальция растворить его в 40 мл 96 масс % этилового спирта, затем растворы слить, добавить 0,5 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°C в течение 20 мин и при температурах 800°C в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава ZrO2-P2O5-CaO с показателем преломления 2,1 и толщиной 78 нм

Пример 3.

Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 4,7 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 40 мл 96 масс % этилового спирта, затем взять 4,4 г хлорида кальция растворить его в 40 мл 96 масс % этилового спирта, затем растворы слить, добавить 0,5 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°C в течение 20 мин и при температурах 800°C в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава ZrO2-P2O5-CaO с показателем преломления 2,0 и толщиной 70 нм.

Состав для получения тонкой пленки сложных оксидов циркония, фосфора и кальция, содержащий этиловый спирт, предварительно перегнанный и осушенный до 96 мас.%, и оксохлорид циркония, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид кальция и ортофосфорную кислоту при следующем соотношение компонентов, мас.%:

Оксохлорид циркония 4,7-6,8
Хлорид кальция 2,6-4,4
Ортофосфорная кислота 0,5
Этиловый спирт Остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения наночастиц оксида переходного металла, покрытых аморфным углеродом. .

Изобретение относится к наполнителям из наночастиц для применения в композитных материалах, включая стоматологические композитные материалы. .

Изобретение относится к способам переработки тетрахлорида циркония и может быть использовано в области хлорной металлургии при получении диоксида циркония и соляной кислоты.

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и технологии неорганических веществ, в частности к переработке цирконового концентрата с получением диоксида циркония и диоксида кремния.

Изобретение относится к порошкообразному оксиду циркония, способу его получения, а также применению в топливных ячейках, в частности для получения электролитных субстратов для керамических топливных ячеек.

Изобретение относится к композициям на основе оксидов циркония, иттрия и вольфрама, к каталитической системе на основе этих композиций, способу получению композиций и применению их в качестве катализатора или подложки катализатора в частности для обработки выхлопных газов автомобилей.

Изобретение относится к химии и может быть использовано при проведении каталитических процессов. .
Изобретение относится к способу измельчения по меньшей мере одного минерального материала в присутствии измельчающих бисерных шариков из оксида циркония, содержащего оксид церия, с удельным содержанием оксида церия (между 14 и 20 вес.% относительно общего веса указанных шариков, предпочтительно между 15 и 18% и наиболее предпочтительно примерно 16%) и удельным средним размером зерен после спекания (меньше 1 мкм, предпочтительно меньше 0,5 мкм и наиболее предпочтительно меньше 0,3 мкм).
Изобретение относится к производству пигмента, а также к технологиям изготовления бумаги с наполнителем, мелованных видов бумаг и картона. .
Изобретение относится к производству пигментов, а также к технологиям изготовления бумаги с наполнителем, мелованных видов бумаги и картона. .
Изобретение относится к производству пигментов, а также к технологии изготовления бумаги с наполнителем, а также мелованных видов бумаги и картона. .

Изобретение относится к производству пигментов, а также к технологии изготовления бумаги с наполнителем, мелованных видов бумаги и картона. .

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при комплексной переработке апатитового сырья. .

Изобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов , в частности к процессу получения гидроксида кальция в барабанном гидраторе, может быть использовано щ химической промьгашенности и позволяет повысить качество гидроксида кальция за счет стабилизации степени гидратации извести.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для переработки экологически опасного фосфогипса. .
Наверх